西南交大杨维清邓维礼《AM》：心血管监测再打破—压电复合资料用于血流动力学监测

  心血管疾病(CVDs)，如冠心病、中风、高血压和心率异常等，渐渐的变成了人类健康的头号杀手之一。据世界卫生组织计算，每年因心血管疾病逝世的人数约为1800万，占全球总逝世人口的30%以上。心血管疾病作为一种慢性病，具有患病周期长、隐蔽性强、彻底治愈困难等特色，其日常监护防备对维护患者的生命安全至关重要。现在，血压(BP)、心电信号(ECG)、超声心动图是临床上心血管疾病筛查和确诊的首要是依据。但是，临床所用监测体系往往体积巨大、价格昂贵且对医师依靠程度高，难以完成患者日常的生理监测，导致了实践的需求和实际条件之间的巨大距离。近年来鼓起的柔性可穿戴电子器材打破了传统医学的确诊限制性，为心血管疾病的智能监测供给了新的思路。

  近来，西南交通大学邓维礼副教授和杨维清教授团队开发了一种层次结构的柔性压电复合资料完成了人体血流动力学的实时监测。该研讨经过程控静电纺丝联合热压技能构建了多级层次化拼装的MXene/BN/P(VDF-TrFE)柔性压电复合资料，克服了传统压电陶瓷资料硬脆的本征限制，完成了高压电性和柔性的兼得。依据MXene与聚合物基体间的界面极化和BN对体相漏电流的按捺，压电复合资料表现出高达41.67 pC N-1的压电电荷系数以及342.9 mV m N-1的压电电压常数，所研制器材压力呼应灵敏度高达39.3 mV kPa-1，这些优异的功用赋予了器材在可穿戴心血管监测范畴的可行性。依据此，作者团队进一步研讨了器材在血液动力学监测上的使用。依据效果得出，该器材可完成血压、局域脉冲波速、心搏出量等重要临床心血管目标的实时监测，且精度与商业化传感器材适当。此外，作者团队研讨了柔性压电器材对血液动力学状况的全天监测数据，并结合机器学习算法完成了监测数据的分类判别，为患者的实时生理状况确诊供给了数据支撑。相关效果以“Hierarchical Piezoelectric Composites for Non-invasive Continuous Cardiovascular Monitoring”为题在线宣布于《Advanced Materials》上，西南交通大学资料学院博士研讨生田果为论文榜首作者。该项作业得到了国家天然科学基金、四川省天然科学基金以及中心高校基础研讨经费等项目的支撑。

  图1. 层次化压电复合资料心血管监测传感器的规划理念(a) 人体心血管体系和传感器监测阵列示意图；(b-c) 多层异质压电复合资料结构示意图；(d) 柔性大尺度压电复合薄膜实物图。

  图2. 层次化结构压电复合资料压电增强机理探究及器材功用表征(a) 不同层状异质结构极化功用示意图；(b-c) 不同复合结构的压电电荷系数、压电电压常数及极化强度；(d-e) BN纳米片对资料内部漏电流的按捺机制示意图及不同复合结构的漏电流曲线；(f) 复合薄膜与商业PVDF压电膜功用比照雷达图；(g)复合资料内部电流途径模仿效果；(h-i) 压电复合器材的呼应时刻及压力呼应灵敏度。

  图3. 心率及血压信号的监测和剖析(a-c) 压电复合器材对桡动脉的监测及稳定性剖析；(e-f) 正常及心率异常患者的监测数据及Poincare图剖析；(g-h) 改善的袖带法用于传感器血压监测标定；(i-j) 压电复合资料器材和商业器材监测血压的Bland-Altman图用于评价监测精度；(k) 左臂和右臂桡动脉血压信号形状因子的计算效果。

  图4. 压电传感阵列器材用于全天血流动力学监测(a) 压电复合资料柔性传感阵列用于桡动脉监测实物图及示意图；(b) 阵列中不同传感单元的压电信号呼应；(c) 心血管循环体系的物理模型及等效电路示意图；(d-f) 桡动脉局域脉冲波速、每搏输出量的剖析；(g) 志愿者全天不同生理活动下的血流动力学参数监测效果；(h) 依据机器学习的心血管生理参数分类。

  总结：研讨团队经过程控静电纺丝和热压技能构筑了一种理性结构的层状异质压电复合资料，对复合资料的压电增强机理和器材功用进行了体系研讨和优化，使得其传感功用得到大幅度提高。一起，探究了器材在心血管血流动力学参数监测中的使用，监测精度与商业化器材适当，验证了器材在日常监测中的可行性，有望为心血管疾病的智能确诊和提前干涉医治供给数据支撑。

  田果，本文榜首作者，西南交通大学资料科学与工程学院博士研讨生，首要研讨范畴为压电灵敏资料及功用器材 。

  邓维礼，副教授/硕导，四川省学术和技能带头人后备人选，四川省海外高层次留学人才。长时间从事纳米功用资料及柔性电子器材的基础研讨，近年来，在 Chem. Soc. Rev.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、Nano Lett.、Nano Energy 等世界闻名期刊宣布学术论文 40 余篇，被引7000余次，相关研讨效果获授权发明专利10余件。掌管国家天然科学基金NSAF联合基金项目、青年科学基金项目、四川省科技厅要点研制项目、四川省天然科学基金面上项目等多项国家及省部级科研项目。

  杨维清，教授/博导，西南交通大学前沿科学研讨院院长，从事动力信息资料与器材研讨，在Chem. Soc. Rev., Adv. Mater，ACS Nano，Nano Lett，Adv. Funct. Mater.，等世界闻名刊物上宣布SCI录入论文合计240余篇，当选Elsevier高被引学者、Stanford-Elsevier全球全范畴2%Top科学家；长时间担任科技部严重研制方案项目会评专家和国家科技奖评定专家；科技效果转化专利30余项，转化经费3000余万元；担任我国超级电容器工业联盟副秘书长；取得教育部立异团队、省“青年科学技能立异研讨团队”、省杰出青年基金、省“QR方案”立异人才。所做作业被美国国家天然基金委（NSF)、Newscientist，CCTV等近20家媒体专题报道。

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